第十八届全嚣高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年1 3 m 深基坑组合型围护的工程实践胡贤忠张善庆( 福建国伟建设设计有限公司福州3 5 0 0 0 1 )提要：本论文以福州利嘉大广场基坑为例，探讨在软士深基坑中采用一道内支撑结含 ：部喷锚的组合型嗣护结构的构思、设计、优化和旄丁要求及出现闯题的分析和对策。实践表明，采用此组合型湖护对加快施工进度和节约投资具有明显的优越性。关键词：建筑基坑组合型L 型冠梁圉护桩间距工程概况利嘉大广场位于福州市最繁华东街口，是一座综合性大楼，总建筑面积7 5 7 3 4 m2 。北与盛裕大楼为邻，西与畅安大厦相接，南与东街口百货商场、中闽大覆隔路向望，离最近建筑监理宿舍楼的杂物间仅5 6 m ，北向基坑边有两层施工单位办公和宿舍用房，详见图l 。工程设有三层地下室，层高分别为4 3 m 、3 5 m 和3 5 m 。施工时要求场地平整至罗零标高8 3 5 m ( 即建筑标高一1 0 0 m ) ，以减少覆土重量。基坑平面形状为L 型，南北向最大有6 0 余米，东西向最大有1 2 4 余米。基坑周边开挖深度大多数为1 1 4 m ，最深处有1 3 3 m 。工程桩采用4 5 0X4 5 0 的预制桩，基坑围护桩采用大口径妒8 0 0 沉管灌注桩。二、地质概况根据利嘉大广场岩土工程勘察报告中淤泥和粉质粘土三轴试验、无侧限抗压强度、渗透试验成果统计表结合以往计算经验，取用围护结构计算土的物理力学指标( 见表1 ) 。基坑开挖范围内土层主要为杂填土内的孔隙水和淤泥内的自由水，淤泥、粉质粘t 属隔水层，下伏土层不存在承压水层，基坑底不存在管涌、坑底冲演等现象。三、基坑围护工程方案构思本工程基坑面积有5 4 6 1 3 m 2 ，工期紧，四周无需特殊保护管线，根据以上特点，遵照安全上可靠、技术上可行、经济上合理、施工上方便的原则，特提出以下围护方案。胡贤忠男。1 9 7 2 、2 T 学硕二 ：国家级注辑结构1 二程师第十八届全圈离层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年表l编十层名称计算厚度重度y粘聚力内摩擦角静I 卜号( m )姻| 赫、c ( 胜k )妒( 。)十压力系数k 。l杂填土41 81 22 00 5 52淤泥l l1 6l O1 0O 73粉质粘土1l 。41 83 01 20 4 54淤泥质土9 11 71 51 2O 6 55粉质粘土26 。5l8 63 81 5O 4 3“岩士介质地质体不仅对地下结构施加荷载作用，在一定条件下，其自身通常具有相图l围护结构总平面图图2 基坑现场当的自承能力，优化设计的关键是通过何种手段能以最大限度发挥它这种潜在能力”1 。根据勘察报告淤泥层上覆5 米厚的杂填土层，并从其测试的力学指标来看杂填土层具有相当的自稳能力，于是考虑能使岩土介质发挥自身承载与自稳的柔性支护，即土钉壤支护。经过慎重考虑，确定支护方案采用上部杂填土层锚喷下部为一道内支撑组合式围护结构，见图3 。类似工程在福州地区采用密排灌注桩加二或三道内支撑支护方案，内支撑间距控制在l O 米以内，建设单位无法接受，在市场经济中工期和资金是关键。为此我们比较了三个方案：桩径1 0 0 0 ，二道内支撵：桩径西8 0 0 ，桩间距l l O O m m ，二道内支撑；第三个方案就是最后的方案，即一道内支撑静压沉管灌注桩排桩( 桩径多8 0 0 ，桩间距l l O O m m ) 、排桩上部加局部钉支护的围护结构，内支撑间距控制图3 阑护结构大样在1 8 m 左右，便于土方开挖，详图2 和4 。采用此方案，- - J P A节省资金约4 0 0 万元，造价每延米1 3 万，工期至少缩短三个月，信息化施工，技术上是可行的。这围护方案经专家审查论证。9 I 鹃广，。；。，。，j_。，卜。L第十八届全国岗层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年四、基坑围护结构计算( 一) 设计标准：对一个围护方案的设计，必需首先根据周围环境要求、I ：程功能要求等制定出安全而合理的基坑围护所要达到的标准，这关系到经济和技术相互关系问题。U j 止二 一Ie Jf 。y i 乙一蕊一I 一jI一：“ 黼一l 一j 么汪一一。，一，一一一。，k 二： 理j 。磷五还万霹弋7 i 飞荔。礤 氐哩1呸璺一一喷 Z j III jfI懋I1孓豆露彦受么沁熏b 1 一“剐幺 l _ = H ? b- 一r 。= 亏蔓r 囊i I = - l图4 支撑平面和桩、支撑监测点布置图根据甲方和施工单位提供周围环境详图，研究其周隔建筑物、管线的允许变位，确定基坑支护开挖引起的地层位移及相应的基坑围护墙的水平位移、周围地表沉陷的允许值。参照上海市标准，将基坑变形控制保护等级选二：级，地面最大沉陷量控制在0 5 H ( 5 7 m m ) ；闱护墒最人水平位移0 7 H ( 7 9 8 r a m ) ：考虑墙体极限弯矩抗隆起法K ，1 5 ( 二) 挡土墙入土深度：入土深度的确定，一方面通过计算，另一方面结合我院成功基坑工程实践经验作综合分析。挡士墙入土深度岛基坑稳定、围护墙稳定、管涌等因索有关。为在确保施工安全的前提下，应尽量减小入土深度。根据福州地区深基坑抗隆起的条件进行入土深度验算，考虑墙体极限弯矩的抗隆起法K 。= 1 4 7 8 ，P r a n d t l 公式K 。= 1 4 4 8 ，T e r a z a g h i 公式K 。= 1 6 0 4 ，基坑底面隆起位移量艿= 3 5 2 m m ，C a q u o t 与K e r i s e l 方法计算所需的入土深度D = 7 9 2 m 。对于管涌应不存在问题。地表沉陷计算选用上海P e c k 修正正态分布指数曲线，计算得第一：C 况最大沉陷万一= l1 0 6 r a m ，第- - I 况最大沉陷= 4 9 5 3 r a m ，明显影响范围x o = 1 5 1 5 9 m 。围护桩桩端坐落于淤泥质土层，离下砸粉质粘土层有一段距离，计算得嗣护桩底位移2 6 7 m m ，桩入土深度开挖深度= 1 1 1 1 4 = 0 9 6 5 。G o h n l 在1 9 9 4 年用平面应变有限元分析得出结论：基坑开挖砥至刚性层的距离很大时，通过增加墙体入土深度来提高抗隆起性的作用是很小的。侧斜仪测得围护桩端最大水平位移为2 5 m m ( 不包括预制桩尖) ，由此看来，为了保证基坑稳定，防止出现“蹋脚”和上支撑失稳，在设计沉管围护桩入十深度时计算位移可控制在5 m m 以内，实测桩底位移寓小于2 0 嘲，不应超过2 5 m m 。翻田第十八届全国态层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年( 三) 围护体系计算：基坑围护结构是有围护桩、钉墙和支撑体系( 包括冠梁、内支撑和立柱) 三个部分组成，整个围护结构是一个空间受力体系，几何尺寸和受力情况比较复杂。为了简化计算，围护桩和支撑考虑共同作用后，然后分别单独计算。由于首次使结合锚喷，无法考虑考虑围护桩变形对其的影响，就来考虑钉墙对下部围护桩卸荷作用。围护桩采用的计算方法是弹塑性有限元方法f 2 】把支撑考虑为弹性支撑，压力采用朗肯土压力和地基规范士压力。这种方法比较符合实际的受力和变形情况。按挖土及支撑施工的不同进程，计算沉管灌注桩的内力和变形时分别考虑以下二种工况。：1 二况一基坑开挖至嚣粱顶下0 4 m ；工况二设置冠粱与内支撑并开挖基坑至冠粱面下7 4 m ；围护桩配筋计算采用等效方型截面和“不均匀配筋”船1 ，然后根据计算弯矩图和以往桩钢筋内力测试结果进行分段配筋，围护桩含钢率较低，体积含钢率P 。= 1 1 9 ，重量含钢率p G = 9 3 7 1k g m 3 ，最大截面面积含钢率见= 1 6 6 8 。钢筋混凝土支撑由冠粱、主撑和斜支撑组成一个平面封闭框架，其外荷载就是支撑反力T ，以往监测发现封闭平蘑框架刚体位移很小，在计算中可不考虑刚体位移。对封闭平面框架加上必要的约束，进行计算得到支撑内力。确定支撑的水平变形刚度是根据作用于内支撑单位均布荷载的变形得到，即K 。= 1 万眦。支护转角空间影响范围按照简易公式6 ，= H c t g ( 4 5 一 1 2 ) = 8 8 m 确定，在实际工程采用b l = 6 O m 。( 四) 围护桩间距确定：桩间七相对围护桩向坑内运动，形成拱效应，导致阐护桩上士压力增大，坑壁土体的土压力减小，有利于坑壁稳定。围护桩间距越小，桩闯土成拱效应越强，越有利于坑壁稳定，反之，围护桩闷距增大，桩间土拱效应减弱，不利于坑壁稳定，如何取得合理的桩间距值得探讨。从土能量角度来分析，其破坏模式应属于拉裂一剪切复合破坏”1 ，求得临界破裂角= 7 8 。，对应桩间土能量安全系数足旆= 2 5 8 6 。满足足嘶2 0 和W e nL W a n g 建议的“安全系数不小于2 5 ”。从工程实践角度来分析，围护桩深度范围内，土层基本为淤泥层和淤泥质层，两桩设计间距为3 l O m m ，考虑到围护桩施工充盈系数在软土中可达到1 2 1 3 ，预估围护桩间距不会很大，待土方开挖中若有问题，可采用钢筋混凝士、快速水泥堵缝方法处理，特别考虑到土方开挖其间正好是福州少雨季节，无需考虑采用止水止泥帷幕施工。9 7 0 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年五、施工措施本基坑采用内支撑与锚喷结合的组合型围护是福州地区首次使用，且离畅安大厦最近距离3 米，场地狭窄、堆料紧张，地表水丰富，为了确保工程顺利进行，对于在设计中的主要关键以及要达到设计要求的安排，必须在技术上和管理上采取有效措施。l 、严格遵守先撑后挖，尽量做到无支撑暴露时间短的原则。土方开挖后是基坑1 彬 t - 变形最主要和最敏感时期，要避免或减少时空效应垤1 ：土方应分层分段对称开挖；在达到基坑底时，四周应预留高3 m ，宽4 m 的反压土，然后根据施工能力分槽分段开挖并及时封底。2 、对未达到设计标高的桩，开挖时应防止边荷和机械行驶路线影响，此类桩身开挖十方时宜沿桩身四周开挖临空面。3 、由于首次使用新技术，就这种围护结构特意向施工单位强调要有防患予未然措施。4 、基坑开挖前于坑外挖排水井3 5 个，其深度以填土层为准，不得挖透淤泥层；要求沿基坑周围探查水源，并有效做好疏水、截水工作，不得进行并点降水以危及周围环境。5 、信息化施工，加强科学管理体制，由业主、施工队、设计院、监理和监测等不定期召开会议，及时处理和解决各种二I ：程质量和施工进度等技术问题。六、问题与分析讨论1 、在土方开挖和锚喷施工过程中，监测发现土钉墙靠近施工用房部分交位甚大，而且变形速率较大，最大达到1 6 厘米，其余部位由于场地狭窄、堆料的需要，变位最大有1 2 厘米。探其变位，无外乎以下儿点综合作用。( 1 ) 土方开挖过程中发现淤泥层埋置深度提前出现，不符合勘察报告：对土钉进行抗拔试验，发现士钉抗拔极限荷载远小于常规承载力，未能达到设计要求。基坑边施j ：用房的平均面载超出设计考虑面载。( 2 ) 预制工程桩和沉管围护桩均为非置换桩，存在大量的挤土效应，未能及时采取有效降低挤土效应措施。由于大量桩打入地下，贮存着很大的挤压应力，基坑开挖过程本身就是大量卸载，会导致基坑壁移位方向与挖土方向一致，由于开挖与打桩时间上紧挨，在设计锚喷时未充分考虑其不利影响，导致基坑最初有较大变位，随着应力释放，土体趋于稳定，锚喷部分变位基本处于预计之中。( 3 ) 由于施j i ：J ：序原因，开挖墙面形成后需5 7 天方能施工支撑，土钉墙底部固定效果不明显，致使边坡发生较大位移，但在做完对撑以后护坡变位便趋于稳定。( 4 ) 由于工期的原因，在钉护坡施工过